永磁搅拌技术在铝工业上的应用

关键词：磁搅拌 废铝回收  设备 合金偏差  烧损率   能耗
一、         概述：

随着铝合金材料的广泛使用，特别是在一些对其质量有特定要求的如汽车、家电等制造行业需求量的持续增长，对铝合金的生产工艺质量提出了更高的要求。众所周知，如何使精练炉中的铝液进行有效搅拌是保证产品质量的重要一环。为此，机械式搅拌、手工搅拌和电磁搅拌等方法相应而生。熔炉磁搅拌技术是在20世纪30年代提出的，但在以后的很长一段时间里，在产品的开发中一直在电磁搅拌的概念里徘徊。由于电磁搅拌的本身诸多缺陷（设备投资巨大，设备体积庞大、耗电量大、维护不易），多年以来限制了磁搅拌技术在金属冶炼行业的推广与应用（在中国的推广和应用更是缓慢）。而机械式搅拌、液压式搅拌直接接触高温铝液，设备寿命短，搅拌不彻底，也已慢慢退出历史舞台。

二、磁搅拌技术的目的

为什么要搅拌？为什么要采用磁搅拌？磁搅拌有什么优点？以及如何应用？这些问题是铝合金厂家采用磁搅拌技术之前首先要搞清楚的。一直以来铝合金加工企业对于搅拌技术的应用都仅限于要求实现合金成分的均匀性。原因是在永磁搅拌机进入中国以前大多数厂家采用的搅拌方式都是很落后的机械搅拌和气体搅拌，后来有了电磁搅拌，而电磁搅拌有一个致命的弱点就是需要用软水来进行降温，我们知道软水的生成除了需要投资相关设备支持外，同时日常管理工作也相当重要，比如经常的需要去提取水样进行化验，并重点保护周边空气及环境不被污染，如有不慎，必然会使电磁搅拌机的铜质线圈内壁产生水垢，减少冷却水的通过量，使得设备无法正常工作。然而即使完全达到标准，电磁搅拌机也依然不能实现长时间连续工作。目前国产电磁搅拌机就都只能连续工作20-30分钟以内，而停机降温过程却又大于30分钟。可为什么还是有厂家采用电磁搅拌呢？这是因为大家的目的仅仅是要求合金成分的均匀性，忽略了磁搅拌技术其实最大的优点是能够减少1%-5%的铝烧损、降低25%以上的单位能耗。所以大多数厂家都将没有考虑除了合金炉(一般俗称保温炉)需要搅拌以外，更重要的是对熔解炉（一般俗称上炉）进行长时间的搅拌。实现目前通用的成分均匀标准对磁搅拌技术来说其实非常容易实现，一般来说，合金成分的均匀性只需要磁搅拌机工作3-8分钟就可以完成，但是减少铝烧损、降低能耗却需要磁搅拌机能够在低功耗、低维护率的前提下做长时间的搅拌工作，而永磁搅拌机就是为兼顾这个目的而研究、开发的。永磁搅拌机的研发成功，彻底的解决了电磁搅拌设备缺陷，为磁搅拌技术在生产领域的应用开辟了一条革命性道路。永磁搅拌技术以投资小、设备精湛、生产率高、产品品质稳定、几乎不耗电、设备维护简单，投资回报率高等优点，在铝合金加工行业实现了加工技术新的飞跃。产品经台资企业“上海新格有色金属有限公司”（该公司年产20万吨再生铝，是中国目前规模最大、产量最高、设备技术最先进的再生铝企业，该企业有8套永磁搅拌设备，并已投入使用近2年时间。）等知名客户实际使用，各项性能指标均达到甚至超过设计要求，赢得业内人士和相关权威部门的肯定。采用永磁搅拌技术使企业的产品质量和效益得到了显著而稳定的提高，提高了企业的市场竞争力。

三、工作原理和结构

永磁铝水搅拌机是利用特定组合的ZMAG永磁体运动后产生的交变磁场对金属液体进行非接触搅拌。永磁搅拌器相当于一个气隙很大的使用永磁体磁场的电机，感应器相当于电机的定子，铝熔液相当于电机的转子。永磁铝水搅拌机内置的多极磁场在电机的带动下产生行波磁场。磁场和熔池中的金属液体相互作用产生产生磁力，从而推动金属液体做定向运动，起到搅拌的作用。

底置式永磁铝水搅拌机置于铝熔炉底部，熔池底部的铝熔液所获得的搅拌力相对较大，顶部的搅拌力相对较小，合理设置搅拌强度和搅拌角度，即可获得在水平和垂直方向的复合搅拌，实现充分均匀的搅拌效果，又不破坏熔体表面的氧化膜，并可减少烧损、减少熔体吸气，从而获得高质量熔体。

         设备研发思路非常巧妙，充分利用流体力学，使流道内铝液可以每小时3000吨以上的流量高速冲刷炉内固体铝块，最大程度上实现铝合金低烧损、高熔解率的目的。

废铝回收系统是在永磁铝水搅拌机在熔解炉的侧面安装一个投料口，在投料口的底部安装一台永磁磁场发生器，磁场发生器产生的高速旋转磁场，带动投屑炉内的铝水产生高速运动的旋涡，持续投进的铝屑被漩涡瞬间卷进铝水，实现铝屑在隔绝氧气的状态下瞬间熔解，达到96%-98%的回收率。
      
四、     主要配置和参数

永磁铝水搅拌机由永磁体感应器，风冷系统和控制系统三部分组成。

适用范围：100kg-100t之间的反射炉

功耗：0.5-22kw/台

磁场强度：>5000Gs

磁场交变频率：0-20Hz

重量：200-3000kg

体积：0.5-3m3

五、     设备主要特点与国内外同类技术比较

永磁搅拌机和电磁搅拌机相比有三个显著的特点——节能、免维护以及高熔解率.

电磁搅拌机的巨大电能消耗绝大部分用于产生行波磁场，而永磁搅拌机的行波磁场是由电机带动多极永磁磁场旋转产生的，所以它的能耗只有电磁搅拌机的1/10，在大吨位的炉型上甚至只有1/20。

在国内电磁搅拌机的应用过程中，冷却系统是一个薄弱的环节，由于感应线圈工作时会产生大量的热，导致设备持续工作时间很短，线圈冷却水也会因为结垢导致散热不良而影响设备的使用时间和工作寿命;永磁搅拌机自身几乎不产生热量，导致设备产生少量的温升是外源性热源的导入，由于设备本身已经采取了隔热措施，所以采用了简洁可靠的风冷系统就可以达到冷却效果，保证设备的正常运行。

永磁搅拌机与电磁搅拌器综合对比数据表:

六、     结束语

在能源日益紧缺的今天，国家相继出台了一系列对高能耗的企业和设备加强调控力度的政策，限制其发展规模，作为高能耗行业代表的有色金属冶炼加工行业如何应对该政策，实现降低能耗，提升产品质量和生产率，是一个日益紧迫的课题。永磁铝水搅拌机作为一项投入铝合金冶炼领域并不久的产品，就以其在产品使用性能和节能等环保方面鲜明的特点获得了行业和权威人士与部门的认可。